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1. REGÍMENES DE FLUJO EN RÍOS
Semana 02
Hidráulica Fluvial
IC-426
Ing. Saul Walter Retamozo Fernández
UNSCH
Ingenierı́a Civil
June 14, 2023
Ing. Saul Walter Retamozo Fernández (UNSCH Ingenierı́a Civil)
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2. Índice
1 Conceptos
2 Regı́menes de Flujo
3 Introducción a los Regı́menes
4 Equipos
5 Software
6 Práctica
7 Bibliografia
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3. Conceptos fundamentales sobre los regı́menes de flujo
Regı́menes de flujo: Describen la caracterı́stica del movimiento de un
fluido, en función de su velocidad y viscosidad, que puede ser laminar,
transicional o turbulento.
Rı́os: Son cursos naturales de agua que fluyen permanentemente o
intermitentemente desde una fuente hasta un lago, un mar u otro rı́o, en
algunos casos.
Número de Reynolds: Dimensión adimensional utilizada para predecir el
régimen de flujo en un canal o tuberı́a.
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4. Ejemplos en el Perú y el Mundo
El rı́o Amazonas, uno de los rı́os más caudalosos del mundo, tiene un
régimen de flujo predominantemente turbulento.
En el Perú, el rı́o Rı́mac presenta un régimen de flujo que varı́a desde
laminar en sus partes más altas y estrechas, hasta turbulento en su tramo
más bajo y ancho.
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5. El rı́o Amazonas, flujo predominantemente turbulento.
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6. Aplicaciones de los regı́menes de flujo en la Ingenierı́a Civil
Ingenierı́a Hidráulica: Subdisciplina de la ingenierı́a civil que se ocupa
del flujo y la conducción de fluidos, principalmente agua.
Diseño de Canales: Uso de principios hidráulicos para diseñar canales
que transporten agua de manera eficiente y segura.
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7. Ejemplos en el Perú y el Mundo
En el Perú, la comprensión de los regı́menes de flujo es crucial en la
construcción de puentes y presas. Un ejemplo notable es la Presa del
Mantaro, cuyo diseño tuvo que tener en cuenta el flujo turbulento del rı́o
Mantaro.
A nivel mundial, el Canal de Panamá es un gran ejemplo de cómo el
régimen de flujo afecta el diseño y la operación de una estructura
hidráulica.
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8. Canal de Panamá, el régimen de flujo afecta el diseño.
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9. Problemas Propuestos
Problema 1: Cálculo del número de Reynolds para un rı́o con un diámetro
hidráulico de 5 m y una velocidad media del agua de 1.2 m/s. La
viscosidad cinemática del agua es aproximadamente 1.14 x 10−6m/s.
Problema 2: Diseño de un canal de riego que transportará 2 m³/s de
agua. Supongamos que el canal es rectangular, con una profundidad de 2
m y una pendiente de 0.001. Usando la ecuación de Manning, calculamos
la anchura del canal.
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10. Conceptos fundamentales sobre los regı́menes de flujo
Regı́menes de flujo: Se refieren a las caracterı́sticas de movimiento de un
fluido, que puede ser laminar, transicional o turbulento, en función de su
velocidad y viscosidad.
Parámetros hidráulicos: Número de Reynolds y Número de Froude, son
números adimensionales utilizados para describir y predecir el
comportamiento de los flujos en rı́os y otros canales de flujo.
Número de Reynolds: Es un número adimensional que da una medida de
la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas en un fluido.
Número de Froude: Es un número adimensional que compara la
velocidad del flujo con la velocidad de una onda superficial pequeña en el
flujo.
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11. Ejemplos en el Perú y el Mundo
En el Perú, la comprensión de los regı́menes de flujo y los parámetros
hidráulicos es crucial en la construcción de estructuras hidráulicas, como la
Presa de Tablachaca, la cual fue diseñada considerando el régimen de flujo
del rı́o Mantaro.
A nivel mundial, el Canal de Panamá es un gran ejemplo de cómo los
parámetros hidráulicos y los regı́menes de flujo afectan el diseño y la
operación de una gran estructura hidráulica.
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12. Parámetros Hidráulicos de un Canal
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13. Problemas propuestos
Problema 1: Cálculo del número de Reynolds y Froude para un rı́o con
una profundidad de 3 m y una velocidad media del agua de 2 m/s. La
viscosidad cinemática del agua es aproximadamente 1.14 x
10−6m/sylagravedades9.81m/s.
Problema 2: Determinación del régimen de flujo en un canal rectangular
de 3 m de ancho y 2 m de profundidad, con una velocidad media del agua
de 1.5 m/s.
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14. Introducción a los Regı́menes de Flujo
Regı́menes de flujo: Laminar, transicional y turbulento, determinados
por el número de Reynolds.
Flujo laminar: Se produce cuando el fluido fluye en capas paralelas sin
interferencia entre ellas. Predominante a bajas velocidades y en fluidos
viscosos.
Flujo turbulento: Se produce cuando existen remolinos o eddies debido a
las altas velocidades de flujo. Es el régimen más común en rı́os y
corrientes abiertas.
Flujo transicional: Zona intermedia entre los flujos laminar y turbulento.
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15. Ejemplos en el Perú y el Mundo.
El rı́o Amazonas en Perú y Brasil generalmente exhibe un régimen de
flujo turbulento debido a su gran volumen y velocidad.
El rı́o Colorado en los Estados Unidos también exhibe un flujo
turbulento en la mayorı́a de sus tramos, especialmente durante las
temporadas de inundaciones
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16. Flujo turbulento del Rı́o Colorado
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17. Caracterı́sticas y Comportamiento de Cada Régimen de
Flujo.
Caracterı́sticas del flujo: Factores que definen cómo se comporta un
flujo, como la velocidad, la presión y la densidad del fluido.
Comportamiento del flujo: La manera en que un fluido se mueve y
cambia en respuesta a fuerzas externas.
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18. Ejemplos en el Perú y el Mundo.
En Perú, la comprensión del comportamiento del flujo es fundamental en
la gestión y prevención de inundaciones, como en el rı́o Rı́mac en Lima.
A nivel mundial, el análisis de las caracterı́sticas de flujo es esencial para
el diseño y mantenimiento de estructuras hidráulicas, como la Presa
Hoover en el rı́o Colorado, Estados Unidos.
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19. Análisis de las caracterı́sticas de flujo.
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20. Problemas propuestos.
Problema 1: Dada una sección de un rı́o con una profundidad de 4 m y
una velocidad media del agua de 3 m/s, determinar el régimen de flujo.
Problema 2: Para un canal de riego de sección rectangular con un ancho
de 2 m y una profundidad de 0.5 m, si el agua fluye a una velocidad de 0.1
m/s, determinar el régimen de flujo.
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21. Equipos utilizados
1. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler): Para medir la velocidad y la
profundidad del agua en los rı́os.
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22. Software utilizados
1. HEC-RAS: Herramienta de modelado hidráulico desarrollada por el
Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos.
2. SWMM (Storm Water Management Model): Herramienta de modelado
hidráulico para cuencas urbanas y naturales.
3. ANSYS Fluent: Software de simulación de fluidos que puede utilizarse
para analizar el régimen de flujo en rı́os y canales.
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23. Práctica Grupal
Se propone el uso del software OpenFOAM, una herramienta de código
abierto utilizada para la simulación de flujos de fluidos. OpenFOAM
permite modelar y analizar los regı́menes de flujo en rı́os, y proporciona
resultados detallados que se pueden usar para calcular parámetros
hidráulicos como el número de Reynolds y el número de Froude.
Objetivo: Simular diferentes regı́menes de flujo en un tramo de rı́o
utilizando OpenFOAM, y analizar las caracterı́sticas y el comportamiento
de cada régimen de flujo.
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24. Guı́a Práctica
Paso 1: Descarga e instalación de OpenFOAM. OpenFOAM se puede
descargar de su página oficial (https://openfoam.org/) y está disponible
para diferentes sistemas operativos. La instalación requiere algunos
conocimientos técnicos y hay varias guı́as disponibles en lı́nea para ayudar
en este proceso.
Paso 2: Creación del modelo de rı́o. Usando una herramienta de diseño
CAD compatible o la utilidad de malla integrada en OpenFOAM, cree un
modelo de la sección de rı́o que desea analizar.
Paso 3: Configuración de la simulación. Defina las condiciones iniciales y
de borde para la simulación. Esto incluirá parámetros como la velocidad
del agua, la viscosidad del fluido y las propiedades del lecho del rı́o.
OpenFOAM permite la personalización detallada de estas condiciones para
simular diferentes tipos de flujo y condiciones del rı́o.
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25. Guı́a Práctica
Paso 4: Ejecución de la simulación y análisis de resultados. Ejecuta la
simulación y utiliza las herramientas de postprocesamiento de OpenFOAM
para analizar los resultados. Deberı́as poder visualizar las caracterı́sticas de
flujo y calcular los parámetros hidráulicos como el número de Reynolds y el
número de Froude.
Paso 5: Solucionario: Debido a la especificidad de cada caso, no se puede
proporcionar un solucionario genérico. Sin embargo, debes ser capaz de
clasificar los regı́menes de flujo en base a los números de Reynolds y
Froude obtenidos.
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26. Bibliografia Teoria
1. Chow, V.T., Maidment, D.R., Mays, L.W. (1988). Applied Hydrology.
McGraw-Hill Education.
2. Akan, A. O. (2006). Open Channel Hydraulics. Elsevier Science
Technology Books.
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27. Bibliografia Práctica
1. Weller, H. G., Tabor, G., Jasak, H., Fureby, C. (1998). A tensorial
approach to computational continuum mechanics using object-oriented
techniques. Computers in physics, 12(6), 620-631.
2. Jasak, H. (2009). OpenFOAM: Open source CFD in research and
industry. International Journal of Naval Architecture and Ocean
Engineering, 1(2), 89-94.
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28. Gracias por su atención
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